JP5789769B2

JP5789769B2 - 照明器具

Info

Publication number: JP5789769B2
Application number: JP2011089016A
Authority: JP
Inventors: 齋見　元洋; 元洋齋見
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: JP2012221871A

Description

本発明は、照明器具に関するものである。

従来から、電気的な光源を点灯させる照明器具において、光源の累積点灯時間が所定の時間に達したとき、使用者に対し、光源の寿命末期を報知して光源の交換を促すものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

このような照明器具においては、報知を確認した使用者が光源を交換することで、光源の経年劣化により回路部品に過剰な電気的ストレスがかかってしまうことや、前触れもなく光源が点灯しなくなることにより使用者が不便を被ることを避けることができる。

特開２００１−１８５３７４号公報

しかしながら、上記のように単純に累積点灯時間に基いて光源の寿命末期を判定した場合、光源のばらつきや使用環境の違いによる経年劣化の程度の差が反映されないため、報知の正確性が低かった。

特に、固体発光素子の場合、他の光源に比べて寿命が長いので、経年劣化の程度が一定に達する累積点灯時間が、使用環境に応じて大きく異なりやすい。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、固体発光素子の寿命末期を比較的に正確に報知することができる照明器具を提供することにある。

本発明の照明器具は、固体発光素子を点灯させる直流電力を生成する光源駆動部と、前記固体発光素子の消灯中に前記固体発光素子の電気的特性を検出するとともに前記電気的特性に基いて前記固体発光素子が寿命末期か否かを判定する寿命判定部と、前記寿命判定部によって前記固体発光素子の寿命末期が判定された場合に使用者に報知する報知部とを備え、前記光源駆動部は、前記固体発光素子を点灯させる点灯期間と前記固体発光素子を消灯させる消灯期間とを交互に繰り返す間欠点灯動作が可能であって、前記寿命判定部は、前記消灯期間中に前記電気的特性の検出を行うことを特徴とする。
本発明の別の照明器具は、固体発光素子を点灯させる直流電力を生成する光源駆動部と、前記固体発光素子の消灯中に前記固体発光素子の電気的特性を検出するとともに前記電気的特性に基いて前記固体発光素子が寿命末期か否かを判定する寿命判定部と、前記寿命判定部によって前記固体発光素子の寿命末期が判定された場合に使用者に報知する報知部と、前記固体発光素子の累積点灯時間を計時する計時部と、前記寿命判定部により前記固体発光素子が寿命末期であると判定される累積点灯時間の推定値を、前記寿命判定部における前記電気的特性の検出結果と該検出結果が得られたときの累積点灯時間とを複数回分用いて演算する推定寿命演算部と、前記推定値を報知する推定寿命報知部とを備えることを特徴とする。

この照明器具において、前記寿命判定部は、電力の供給が開始された後、前記光源駆動部が前記固体発光素子の点灯を開始させる前に、前記電気的特性の検出を行ってもよい。

さらに、上記の照明器具において、前記寿命判定部は、前記電気的特性として前記固体発光素子のインピーダンスを検出してもよい。

本発明によれば、固体発光素子の電気的特性の検出結果に基いて寿命末期の判定がされるから、固体発光素子の累積点灯時間のみに基いて寿命末期が判定される場合に比べ、固体発光素子のバラツキや使用環境の違いが反映されることで、固体発光素子の寿命末期を比較的に正確に報知することができる。また、固体発光素子の電気的特性の検出及び寿命末期か否かの判定が、固体発光素子の消灯中に行われるから、上記の検出及び判定が固体発光素子の点灯中に行われる場合に比べ、固体発光素子の寿命末期をより正確に報知することができる。

本発明の実施形態１を示すブロック図である。同上に用いられる固体発光素子の等価回路を示す回路図である。同上において固体発光素子への印加電圧の波形の一例を示す説明図である。同上に用いられる固体発光素子の累積点灯時間と等価キャパシタンスＣｐとの関係を示す説明図である。同上において固体発光素子が寿命末期であると判定された場合における固体発光素子への印加電圧の波形の一例を示す説明図である。本発明の実施形態２に用いられる固体発光素子の累積点灯時間とインピーダンスの位相角との関係を示す説明図である。同上の変更例を示すブロック図である。同上の別の変更例において固体発光素子への印加電圧の波形の一例を示す説明図である。図８の例に用いられる固体発光素子の累積点灯時間とインピーダンスの位相角との関係を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、固体発光素子１を点灯させる直流電力を生成する光源駆動部２と、固体発光素子が寿命末期か否かを判定する寿命判定部３と、光源駆動部２を制御する制御部４とを備える。

固体発光素子１としては、発光ダイオードのほか、有機ＥＬなどが知られている。

光源駆動部２は、例えば、外部から入力された交流電力を整流及び平滑化する整流平滑回路と、この整流平滑回路を電源として固体発光素子１に定電流を供給するようにフィードバック動作する直流電源回路（例えば周知のバックコンバータ）とからなる。

本実施形態は、寿命判定部３が、固体発光素子１の消灯中に固体発光素子１の電気的特性を検出するとともに、検出された電気的特性に基いて固体発光素子１が寿命末期か否かを判定することを特徴としている。

具体的には例えば、固体発光素子１は、図２に示すような、コンデンサ（以下、「並列コンデンサ」と呼ぶ。）Ｃｐと抵抗（以下、「並列抵抗」と呼ぶ。）Ｒｐとの並列回路と、抵抗（以下、「直列抵抗」と呼ぶ。）Ｒｓとの直列回路とみなされる。そして、寿命判定部３は、並列コンデンサＣｐのキャパシタンス（以下、「等価キャパシタンスＣｐ」と呼ぶ。）と、並列抵抗Ｒｐの抵抗値（以下、「等価レジスタンスＲｐ」と呼ぶ。）とを検出する。

寿命判定部３による上記の検出は、電源の投入により電力の供給が開始された後、光源駆動部２が固体発光素子１の点灯を開始させる前に行われる。上記の検出の際は、図３に示す検出期間Ｔｄのように、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧（以下、「検出用電圧」と呼ぶ。）が固体発光素子１に入力（印加）される。検出用電圧の最低値は固体発光素子１に電流が流れる程度に高くされ、検出用電圧の最高値は固体発光素子１が点灯しない程度に低くされる。上記のような検出用電圧を生成する回路は寿命判定部３に設けられていてもよいし、制御部４によって制御された光源駆動部２が検出用電圧を生成してもよい。

ここで、本実施形態の固体発光素子１と同型の固体発光素子について、等価キャパシタンスＣｐを縦軸にとり、累積点灯時間を横軸にとったグラフを図４に示す。また、図４には、測定時に固体発光素子においてリーク電流（すなわち、発光に寄与しない電流）が急激に増加して光束が製造直後の７０％以下にまで急激に低下した累積点灯時間（以下、「寿命時間」と呼ぶ。）ｔｘも示している。図４においては、等価キャパシタンスＣｐが上昇を開始する累積点灯時間が、上記の寿命時間ｔｘにほぼ一致している。このことから、本実施形態の寿命判定部３は、等価キャパシタンスＣｐが所定の基準等価キャパシタンス以上となったとき、固体発光素子１が寿命末期であると判定する。上記の基準等価キャパシタンスとしては、固定値（例えば５．０×１０^−１０Ｆ）を用いてもよいし、出荷後の最初の検出で得られた等価キャパシタンスＣｐに所定の係数（例えば１．２）を乗じた値を用いてもよい。

また、本発明者の実験によれば、等価レジスタンスＲｐは、固体発光素子１の光束と相関を有し、累積点灯時間に対して単調減少する。そこで、本実施形態では、固体発光素子１と同型の固体発光素子を用いて予め行われた測定において光束が製造直後の７０％まで低下したときの等価レジスタンスＲｐが、基準等価レジスタンスとして寿命判定部３に記憶されている。そして、寿命判定部３は、等価レジスタンスＲｐが基準等価レジスタンス未満であったときにも、固体発光素子１が寿命末期であると判定する。なお、基準等価レジスタンスを上記のような固定値とする代わりに、出荷後に最初に検出された等価レジスタンスＲｐに所定の係数を乗じた値を基準等価レジスタンスとしてもよい。

すなわち、寿命判定部３は、等価キャパシタンスＣｐによる判定と等価レジスタンスＲｐによる判定との論理和によって固体発光素子１の寿命末期を判定する。

そして、寿命判定部３は、等価キャパシタンスＣｐが基準等価キャパシタンス未満であって、且つ、等価レジスタンスＲｐが基準等価レジスタンス以上である場合にのみ、固体発光素子１が寿命末期ではないと判定する。固体発光素子１が寿命末期ではないとの判定が寿命判定部３によってされた場合、制御部４は、固体発光素子１を所定の光出力で点灯させるように（例えば、固体発光素子１に定格電流が連続的に入力されるように）光源駆動部２を制御する。

寿命判定部３によって寿命末期との判定がなされると、制御部４は、固体発光素子１の点灯開始直後の所定時間（例えば１０秒）にわたり、固体発光素子１が寿命末期であることを示す報知用点灯が行われるように光源駆動部２を制御する。報知用点灯は、具体的には例えば、人の目に点滅として認識される程度に充分に低い周波数（例えば０．５Ｈｚ）で固体発光素子１を点滅させるというものである。この場合における固体発光素子１への印加電圧の波形の一例を図５に示す。つまり、固体発光素子１の点灯状態によって寿命末期が報知されるのであり、固体発光素子１が報知部として兼用されている。また、報知用点灯の後は、光源駆動部２は、固体発光素子１に連続的に定格電流を出力することで固体発光素子１を連続点灯させる。

なお、固体発光素子１とは別途に、寿命末期を表示する表示手段と、制御部４の制御に従って表示手段を駆動する駆動手段とからなる報知部（図示せず）を設け、上記の報知用点灯に代えて、又は、上記の報知用点灯とともに、上記の表示手段での表示による報知が行われるようにしてもよい。表示手段としては例えば発光素子や液晶パネルを用いることができ、駆動手段は周知の電子回路で実現することができる。

また、リモコンのような外部装置（図示せず）との間で有線信号又は無線信号を送受信する通信部（図示せず）を有する場合、寿命判定部３によって寿命末期との判定がされたとき、上記の外部装置で寿命末期が報知されるように、制御部４が上記の通信部を制御して適宜の信号を外部装置に送信させてもよい。この場合、上記の通信部が報知部となる。

上記構成によれば、固体発光素子１の電気的特性の検出結果に基いて寿命末期の判定がされるから、固体発光素子１の累積点灯時間のみに基いて寿命末期が判定される場合に比べ、固体発光素子１のバラツキや使用環境の違いが反映されることで、固体発光素子の寿命末期を比較的に正確に報知することができる。

ここで、固体発光素子１において、等価キャパシタンスＣｐや等価レジスタンスＲｐやインピーダンスといった電気的特性は、点灯中と消灯中とで異なった値となり、且つ、経年劣化による上記の電気的特性の変化は、点灯中よりも消灯中のほうが大きくなる。本実施形態では、固体発光素子１の電気的特性の検出及び寿命末期か否かの判定が固体発光素子１の消灯中に行われるから、上記の検出及び判定が固体発光素子１の点灯中に行われる場合に比べ、固体発光素子の寿命末期をより正確に報知することができる。

なお、寿命判定部３は、等価キャパシタンスＣｐと等価レジスタンスＲｐとの一方のみに基いて寿命末期を判定するものであってもよい。

（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する部分についての説明は省略する。

本実施形態と実施形態１との相違点は寿命判定部３にあり、本実施形態において寿命判定部３が検出する電気的特性は、固体発光素子１のインピーダンスである。

固体発光素子１のインピーダンスの位相角を縦軸にとり、固体発光素子１の累積点灯時間を横軸にとったグラフを図６に示す。ここで、固体発光素子１のレジスタンス（インピーダンスＲ＋ｊＸの実数部分）Ｒと、固体発光素子１のリアクタンス（インピーダンスＲ＋ｊＸの虚数部分）Ｘとを用いると、上記の位相角はＡｒｃｔａｎ（Ｘ／Ｒ）と表される。

本実施形態の寿命判定部３は、上記の位相角が所定の基準位相角に達したときに固体発光素子１が寿命末期であると判定する。上記の基準位相角は、固体発光素子１と同型の固体発光素子を用いて予め行われた測定においてリーク電流が急激に増加したときのインピーダンスの位相角（つまり、予め行われた上記測定の際に累積点灯時間が寿命時間ｔｘに達したときの位相角であり、図６の例では約０°）とされる。なお、上記の基準位相角をより小さい値（例えば−５°）とすることで、より早期に報知が行われるようにしてもよい。ここで、リアクタンスは一般に印加電圧の周波数に依存するので、位相角と累積点灯時間との関係も検出用電圧の周波数によって異なる。従って、本実施形態における検出用電圧の周波数は、基準位相角を決定するための測定で用いられた検出用電圧の周波数と等しくされる。

また、本発明者の実験によれば、固体発光素子１のレジスタンスは、固体発光素子１の光束と相関を有し、累積点灯時間に対して単調減少する。そこで、本実施形態の寿命判定部３は、固体発光素子１のレジスタンスが所定の基準レジスタンス未満であったときにも、固体発光素子１が寿命末期であると判定する。上記の基準レジスタンスとしては、例えば、固体発光素子１と同型の固体発光素子を用いて予め行われた測定において光束が製造直後の７０％まで低下したときのレジスタンスが用いられる。または、出荷後に最初に検出されたレジスタンスに所定の係数を乗じた値を基準レジスタンスとしてもよい。

つまり、本実施形態の寿命判定部３は、位相角に基く判定と、レジスタンスに基く判定との論理和により、固体発光素子１の寿命末期を判定する。言い換えると、本実施形態の寿命判定部３は、固体発光素子１のインピーダンスの位相角が基準位相角未満であり、且つ、固体発光素子１のレジスタンスが基準レジスタンス以上であるときに、固体発光素子１は寿命末期ではないと判定する。

なお、固体発光素子１が寿命末期か否かの判定は、位相角とレジスタンスとの一方のみに基いて行われてもよい。また、固体発光素子１のリアクタンスを、位相角と同様にして上記判定に用いることもできる。

さらに、上記の各実施形態において、図７に示すように、固体発光素子１の累積点灯時間を計時する計時部５と、固体発光素子１の寿命の推定値を表示する推定寿命報知部としての表示部６とを設けてもよい。上記の推定値は、すなわち、固体発光素子１が寿命末期であると寿命判定部３が判定する累積点灯時間の推定値である。上記の推定値の演算は、寿命判定部３における電気的特性の検出結果と該検出結果が得られたときの累積点灯時間とを複数回分用いて、制御部４が演算する。つまり、制御部４が推定寿命演算部である。計時部５は、例えば水晶振動子を用いて周知技術で実現可能であるので詳細な図示並びに説明は省略する。表示部６としては例えば液晶パネル等の周知の表示装置を用いることができる。また、上記の表示部６は、固体発光素子１の寿命末期を報知する報知部として兼用してもよい。さらに、リモコン等の外部装置（図示せず）との間で信号を送受信する通信部（図示せず）を備える場合、上記の推定値の表示を指示する信号を上記の外部装置に送信するように制御部４が上記の通信部を適宜のタイミングで制御してもよい。この場合、上記の通信部が推定寿命報知部となる。

制御部４が固体発光素子１の寿命の推定値を演算する動作としては、例えば、寿命判定部３における過去の複数回（例えば３回）の検出でのレジスタンスと累積点灯時間との関係を適宜の関数（例えば一次関数）でフィッティングし、得られた関数においてレジスタンスが基準レジスタンスに達する累積点灯時間を演算して、この演算で得られた累積点灯時間（演算値）を固体発光素子１の寿命の推定値とする。上記のような演算は、レジスタンスに代えて、等価レジスタンスＲｐなどの他の電気的特性を用いて行われてもよい。また、本発明者の実験によれば、検出用電圧の周波数を数十Ｈｚとした場合には、図６のように寿命時間ｔｘまで位相角が累積点灯時間に対して直線状に変化するので、位相角を用いて上記と同様にして固体発光素子１の寿命の推定値を演算することも可能である。

または、制御部４が、上記の演算値と製造時に記憶された固定値とを比較し、より小さいものを寿命の推定値として表示部６に表示してもよい。上記の固定値としては、例えば、固体発光素子１と同型の固体発光素子を用いて予め行われた実験において光束が製造直後の７０％まで低下したときの累積点灯時間を用いる。

また、寿命判定部３が動作するタイミングも上記に限られない。例えば、図８に示すように、固体発光素子１が点灯される点灯期間Ｔ１と、固体発光素子１が消灯される消灯期間Ｔ２とが交互に繰り返される間欠点灯動作が、光源駆動部２によって行われる場合、寿命判定部３による電気的特性の検出および寿命末期の判定が消灯期間Ｔ２中に行われてもよい。この場合、検出用電圧の周期は、個々の消灯期間Ｔ２の継続時間よりも短くされることが望ましい。例えば、上記の間欠点灯動作の周期が２０００Ｈｚであってオンデューティが５０％の場合、検出用電圧の周波数は４０００Ｈｚ以上とされる。検出用電圧の周波数が５０００Ｈｚとされた場合、位相角と累積点灯時間との関係は図９のようになり、基準位相角は例えば−８０°とされる。ここで、寿命判定部３による上記動作は必ずしも全ての消灯期間Ｔ２で行われる必要はなく、電源が投入された直後の１回又は複数回の消灯期間Ｔ２でのみ行われてもよいし、間欠点灯動作の複数周期毎といったように定期的に行われてもよい。図８の例では、最初の２回の消灯期間Ｔ２が、固体発光素子１に検出用電圧が入力されて寿命末期か否かの判定が行われる検出期間Ｔｄとされている。ただし、長時間にわたって電源が投入されたままとなる使用形態が想定される場合、電気的特性の検出及び寿命末期か否かの判定は、電源が投入された直後だけでなく、定期的に行われる必要がある。

１固体発光素子（報知部を兼ねる）
２光源駆動部
３寿命判定部
４制御部（推定寿命演算部）
５計時部
６表示部（推定寿命報知部）

Claims

固体発光素子を点灯させる直流電力を生成する光源駆動部と、
前記固体発光素子の消灯中に前記固体発光素子の電気的特性を検出するとともに前記電気的特性に基いて前記固体発光素子が寿命末期か否かを判定する寿命判定部と、
前記寿命判定部によって前記固体発光素子の寿命末期が判定された場合に使用者に報知する報知部とを備え、
前記光源駆動部は、前記固体発光素子を点灯させる点灯期間と前記固体発光素子を消灯させる消灯期間とを交互に繰り返す間欠点灯動作が可能であって、
前記寿命判定部は、前記消灯期間中に前記電気的特性の検出を行うことを特徴とする照明器具。
固体発光素子を点灯させる直流電力を生成する光源駆動部と、
前記固体発光素子の消灯中に前記固体発光素子の電気的特性を検出するとともに前記電気的特性に基いて前記固体発光素子が寿命末期か否かを判定する寿命判定部と、
前記寿命判定部によって前記固体発光素子の寿命末期が判定された場合に使用者に報知する報知部と、
前記固体発光素子の累積点灯時間を計時する計時部と、
前記寿命判定部により前記固体発光素子が寿命末期であると判定される累積点灯時間の推定値を、前記寿命判定部における前記電気的特性の検出結果と該検出結果が得られたときの累積点灯時間とを複数回分用いて演算する推定寿命演算部と、
前記推定値を報知する推定寿命報知部とを備えることを特徴とする照明器具。
前記寿命判定部は、電力の供給が開始された後、前記光源駆動部が前記固体発光素子の点灯を開始させる前に、前記電気的特性の検出を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照明器具。
前記寿命判定部は、前記電気的特性として前記固体発光素子のインピーダンスを検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明器具。